BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐAI HỌC HÀNG HẢI
KHOA: ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
BỘ MÔN: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

BÀI GIẢNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
TÊN HỌC PHẦN : ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
MÃ HỌC PHẦN : 13309
TRÌNH ĐỘ ĐẦO TẠO : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY
DÙNG CHO SV NGÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
Nội dung chủ yếu:
- Giới thiệu lý thuyết tổng quan về các hệ thống điều khiển quá trình
- Giới thiệu một số phương pháp mô hình và nhận dạng hoá quá trình công nghiệp
- Giới thiệu một số dạng bộ điều khiển và ứng dụng cho các quá trình công nghiệp
Nội dung chi tiết :
PHÂN PHỐI SỐ TIẾT

TS LT Xemina

BT KT
Chương 1. Tổng quan về điều khiển quá trình 8 8
1.1. Lịch sử phát triển 0.5 0.5
1.2. Tính cấp thiết của điều khiển quá trình 0.5 0.5
1.3. Điều khiển quá trình 3.5 3.5
1.4. Mạch vòng phản hồi 1 1
1.5. Chọn chế độ hoạt động cho bộ điều khiển 0.5 0.5
1.6. Mô tả chức năng hệ thống 2 2
Chương 2. Mô hình quá trình 8 7 1
2.1. Giới thiệu chung 1 1
2.2. Tổng quan về quy trình mô hình hoá 1.5 1.5
2.3. Phân loại mô hình toán học 1 1
2.4. Các dạng mô hình liên tục 2 2
2.5. Các mô hình gián đoạn 2.5 1.5 1
Chương 3. Mô hình hoá lý thuyết quá trình 8 12
3.1. Tổng quan về các bước tiến hành 0.5 0.5
3.2. Nhận biết các biến quá trình 1.5 1.5
3.3. Xây dựng các phương trình mô hình 5 5
3.4. Phân tích bậc tự do của mô hình 2 2
3.5. Tuyến tính hoá và mô hình hàm truyền đạt 3 3
3.6. Một số ví dụ tiêu biểu

- Hoàng Minh Sơn. Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình. Nhà xuất bản bách khoa – Hà Nội
-
Bài giảng này là tài liệu chính thức và thống nhất của bộ môn Điện tự động công nghiệp, khoa Điện –
ĐTTB và được dùng để giảng dạy cho sinh viên.

Ngày phê duyệt: / / 20

Trưởng bộ môn:

TS. Hoàng Xuân Bình



Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các quá trình công nghệ hoặc ứng dụng
công nghệ mới thì một hướng nghiên cứu không kém phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hoá
các quá trình công nghệ. Do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và công nghệ chế tạo cơ khí
chính xác, các thiết bị đo lường và điều khiển các quá trình công nghệ càng được chế tạo tinh vi, làm việc
tin cậy và chính xác.
Nhà bác học Menđêlêev đã nói: " Khoa học bắt đầu từ khi người ta biết đo". Thực vậy ngày nay
thiết bị đo lường ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các nhiệm vụ kiểm tra tự động, tự động hoá các
quá trình sản xuất và công nghệ cũng như trong các công tác nghiên cứu khoa học của tất cả các lĩnh vực

2

khoa học và kỹ thuật khác nhau. Để thực hiện được các nhiệm vụ đó cần thiết phải tiến hành đo các đại
lượng vật lý khác nhau đó là các đại lượng điện, các đại lượng hình học, cơ học, nhiệt học, hoá học, các
đại lượng từ, các đại lượng hạt nhân nguyên tử
Trên cơ sở đánh giá đúng đắn vai trò to lớn của việc áp dụng điều khiển quá trình vào trong các hệ
thống sản xuất, nhà máy, xí nghiệp công nghiệp ta tiến hành tìm hiểu đi sâu tìm hiểu các thiết bị đo
lường và chuyển đổi dùng trong điều khiển quá trình.

1.3. Điều khiển quá trình
1.3.1. Khái quát chung
Khái niệm điều khiển quá trình được hiểu là ứng dụng các kỹ thuật điều khiển tự động trong điều
khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu quả sản
xuất và an toàn cho người, máy móc.
Quá trình là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặc chuyển đổi sinh học, trong đó vật chất,
năng lượng hoặc thông tin được biến đổi, vận chuyển hoặc lưu trữ.
Quá trình công nghệ là những quá trình liên quan tới biến đổi vận chuyển hoặc lưu trữ vật chất,
năng lượng, nằng trong một dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất.
Quá trình kỹ thuật là một quá trình với các đại lượng đo được hoặc/và can thiệp được. Khi nói tới
một quá trình kỹ thuật ta hiểu là quá trình công nghệ cùng với các phương tiện kỹ thuật và các phương
tiện kỹ thuật như thiết bị đo, thiết bị chấp hành.

1
, t
10
), lưu lượng và nhiệt độ hơi
nước (F
2
, t
20
). Biến ra của quá trình là lưu lượng và nhiệt độ dòng lạnh ra (F
1
, t
11
), lưu lượng và nhiệt độ
dòng hơi nước ra (F
2
, t
21
). Trong quá trình này do lưu lượng chất lỏng vận chuyển liên tục không dừng lại
nên ta có thể coi lưu lượng dòng và ra của các dòng công chất là như nhau. Trong hệ thống này, biến cần
điều khiển là nhiệt độ dòng lạnh t
11
, biến điều khiển có thể là lưu lượng hơi nước F
2
hoặc nhiệt độ hơi
nước t
20
, trong mô hình trên thì biến điều khiển được là lưu lượng hơi nước F
2
, các biến t
10


a. Hệ thống điện; b. Hệ thống thuỷ lực; c. Hệ thống khí nén; d. Hệ thống nhiệt.
Hình 1.4. Sự tương đồng của các hệ thống
Đáp ứng của một quá trình theo thời gian xác định đặc tính động lực học của quá trình. Đáp ứng
không chịu ảnh hưởng của thời gian sẽ xác định đặc tính tĩnh của quá trình. Cả đặc tính tĩnh (trạng thái ổn
định) và đặc tính động lực học (thay đổi theo thời gian) đều phải được tính toán cụ thể trong quá trình
hoạt động của hệ thống và tìm hiểu rõ trước khi tiến hành thiết kế bộ điều khiển quá trình. Điều này giữ

6

vai trò rất quan trọng bởi lẽ nếu ta không tìm hiểu rõ và xác định cụ thể đặc tính của hệ thống thì khi bắt
tay vào thiết kế bộ điều khiển sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Đó là dạng đặc tính đáp ứng của bộ điều khiển
không bám đúng dạng đặc tính của hệ thống hoặc là bộ điều khiển không tối ưu được các yêu cầu đề ra
của hệ thống gây lãng phí nguyên nhiên liêu đầu vào

1.3.2. Phân loại
Các quá trình công nghệ được phân loại theo nhiều cách khác nhau.
* Theo số biến vào ra thì quá trình được chia thành:
- Quá trình đơn biến: quá trình chỉ có một biến vào và một biến ra, single – input single – output
(SISO).
- Quá trình đa biến: quá trình có nhiều biến vào và nhiều biến ra, Multi-input Multi-ouutput
(MIMO).
* Theo đặc tính của các đại lượng đặc trưng
- Quá trình liên tục: là quá trình mà năng lượng hoặc nguyên liệu đầu vào được biến đổi một cách
liên tục.
- Quá trình rời dạc.
- Quá trình mẻ (hệ lai) (hybrid system).

1.3.3. Các thành phần cơ bản của hệ thống
Các quá trình trong công nghiệp từ đơn giản đến phức tạp đều bao gồm 3 thành phần cơ bản là thiết


8

Thiết bị điều khiển hay bộ điều khiển là phần cốt lõi của một hệ thống điều khiển quá trình trong
công nghiệp. Một bộ điều khiển có thể là một thiết bị điều khiển đơn lẻ, một khối phần mềm cài đặt trong
thiết bị điều khiển chia sẻ (ví dụ bộ PID trong một trạm PLC/DCS) hoặc cả một thiết bị chia sẻ (cả một
trạm PLC/DCS).
Tuỳ theo dạng tín hiệu vào ra và phương pháp thể hiện luật điều khiển, một thiết bị điều khiển có
thể được phân thành thiết bị tương tự, thiết bị điều khiển logic, thiết bị điều khiển số. Một thiết bị điều
khiển số được xây dựng trên cơ sở máy tính số có khả năng thay thế cả thiết bị điều khiển tương tự và
điều khiển logic. Một thiết bị điều khiển số không những cho chất lượng điều khiển cao, tin cậy mà còn
cho phép thực hiện nhiều chức năng cùng một lúc. Có thể nói rằng tất cả các giải pháp hiện đại (PLC,
DCS) đều là một hệ thống điều khiển số.
c. Thiết bị chấp hành
Một hệ thống/thiết bị chấp hành có chức năng nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và thực hiện tác động
can thiệp tới biến điều khiển. Các thiết bị chấp hành tiêu biểu là động cơ, van, bơm, quạt gió. Thông qua
thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển có thể can thiệp vào diễn biến của quá trình công nghệ.

1.3.4. Thời gian chết của quá trình
Thời gian chết sinh ra là do đặc điểm của quá trình thực, nó làm cho tác động điều khiển của bộ
điều khiển đến quá trình bị chậm lại. Nó tính từ khi có tác động của bộ điều khiển, và trong suốt khoảng
thời gian chết này không có đáp ứng nào của hệ thống xảy ra đối với tác động điều khiển đó. Các quá
trình như trên thường gặp trong điều khiển nhiệt độ, lưu lượng, áp suất , phản ứng hoá học…. Nó được
đặc trưng bởi hàm truyền có dạng bậc một hay bậc cao hơn với thời gian chết như hàm F
P
=
1
.

